《彈性體摩擦副多效應協同作用下表面織構的設計方法》是依託南京航空航天大學，由王曉雷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：彈性體摩擦副多效應協同作用下表面織構的設計方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王曉雷
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面織構(surface texture)已被證明是一種改善表面摩擦學特性的有效手段。對高分子的彈性體材料（elastomer）而言，除一般要考慮的因素之外，表面的擠壓/剪下變形、界面的浸潤性對其液體潤滑特性具有重要的影響。在已有研究基礎上，本課題擬定量測量彈性體變形過程中表面織構的潤滑行為；建立融合表面接觸擠壓/剪下形變、流體動壓、表面浸潤性等效應的彈性體潤滑模型；根據理論研究結果並吸取仿生學的研究發現，分別以增加摩擦和減小摩擦為目標，提出彈性體表面織構的設計與最佳化方案；並開展摩擦學實驗進行驗證。本課題的研究成果將為唇形密封、人工關節、仿生機器人等軟摩擦接觸面的織構設計提供依據。
結題摘要
近二十年來，隨著人類對表面微觀物理及化學現象的理解的深入，隨著先進制造技術的發展，表面織構作為一種改善表面摩擦學特性的有效手段，已在汽車發動機、端面密封等領域得到廣泛的套用，成為實現機械設備高效、小型化、以及高可靠性的一個有效途徑。除陶瓷、金屬等硬質材料之外，低彈性模量材料，如橡膠、高分子材料等，也是機械設備和摩擦副中使用的一類重要材料。如橡膠可用於流體機械中的唇型密封，超高分子量聚乙烯常用於人工關節等。與金屬、陶瓷等材料相比，橡膠和高分子材料具有較低的彈性模量和硬度，並且表面特性較為複雜，缺乏表面織構的設計理論和方法。所以，開展針對低彈性模量材料表面織構設計的研究具有重要的理論意義和實用價值。 橡膠和高分子材料除彈性模量較低之外，其表面能和表面浸潤性與金屬差異較大，所以其表面織構設計和硬質材料相比，需考慮更多的因素。課題的研究過程中，首先，重點對PDMS（聚二甲基矽氧烷）和UHMWPW（超高分子量聚乙烯）等低彈性模量材料的表面織構設計開展研究，並與金屬等硬質材料進行了對比，提出了低彈性模量材料的表面織構設計除考慮流體動壓效應、潤滑液存儲效應之外、需要考慮表面接觸應力/形變、表面浸潤性、液體的蠕爬及鋪展等多種效應的觀點，並總結了其影響規律；其次，在開展廣泛需求的減小摩擦和磨損的表面織構設計理論研究的基礎上，首次開展了蠑螈的足掌結構及攀爬能力的研究，並從蠑螈的足掌結構獲得靈感，開展了可以增加摩擦的表面織構的研究工作, 分析了其影響機理，獲得了影響其摩擦學性能的關鍵因素，歸納總結了表面織構的設計方法；隨後，為滿足多種材料表面織構化的需求，開展了表面微細織構的加工技術研究，提出了多相磨粒射流的加工方法；最後，利用創新技術理論對表面織構的發展進行了總結和展望。
